Современные портативные GPS-навигаторы

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 27 января 2011 года

Освоение космоса открыло возможности, о которых до этого нельзя было даже мечтать. Одна из таких возможностей - это спутниковая навигация. Принципиальная возможность определения местонахождения объекта на поверхности Земли при помощи спутников, перемещающихся по орбите, стала очевидна ещё в пятидесятых годах XX века. Когда наблюдатели принимали сигналы первого советского спутника, они заметили, что частота сигналов снижается при отдалении и повышается при приближении спутника к месту наблюдения. Благодаря этому по координатам спутника можно определить координаты и скорость перемещения объекта на Земле, и наоборот.

Со временем спутников становилось всё больше и больше, и эта идея трансформировалась в другую. При наличии системы спутников земные координаты объекта можно с гораздо большей точностью определять путём измерения времени прохождения сигнала от спутника с известными координатами (орбитами) до приёмника на Земле. Время отправки, заданное на спутнике атомными часами, кодируется в самом сигнале, а расстояние до спутника вычисляется путём умножения времени на скорость света, которой примерно соответствует скорость распространения радиосигнала в безвоздушном пространстве. Используя сигналы с трёх спутников, методом триангуляции можно получить координаты земного объекта с небольшой погрешностью. В действительности, поскольку в самом приёмнике пока невозможно использовать атомные часы, для точного определения координат желателен приём сигналов четырёх-пяти спутников или некоего специально рассчитанного наземного корректирующего сигнала. Наземные сигналы дифференциальной коррекции передаются, например, морскими радиобуями (в Северной Америке).

Получившая наибольшее распространение в мире система спутниковой навигации GPS (Global Positioning System - глобальная система позиционирования) была создана в США для Министерства обороны и первоначально предназначалась исключительно для военных целей. В связи с этим спутники транслировали сигнал, снижающий точность позиционирования, если в приёмном оборудовании не был реализован алгоритм его дешифровки. В 2000 году администрация США отказалась от искусственного загрубления сигнала на "военной" частоте L1. Именно с тех пор GPS-приёмники стали стремительно дешеветь и набирать популярность у простых пользователей. При этом GPS остаётся, в первую очередь, системой военного назначения, поэтому Пентагон вправе в любой момент закодировать сигналы своих спутников или вовсе отключить их. В настоящее время точность GPS-навигаторов составляет около 10-12 метров, а при использовании сигналов дифференциальной коррекции DGPS погрешность снижается до 1-2 метра.

В настоящее время в России идёт активная модернизация советской системы спутниковой навигации ГЛОНАСС, которая должна в перспективе стать альтернативой американской GPS. К моменту публикации этой статьи на орбите развёрнута группировка из 26 спутников, из которых 21 используются по целевому назначению, а 5 находятся в резерве. Для сравнения, GPS в настоящее время состоит из 30 спутников, 24 из которых функционируют, а 6 пребывают в резерве. По точности определения координат ГЛОНАСС пока незначительно уступает GPS, но при использовании сигналов обеих систем, например, в рамках европейского проекта EGNOS, погрешность не превышает 1-3 метров.

В современные смартфоны и коммуникаторы чаще всего встраивается не классический GPS-приёмник, а модуль A-GPS, позволяющий нивелировать некоторые недостатки GPS-навигатора благодаря сотовой связи с интернет-доступом. A-GPS не нужно путать с методами определения координат при помощи одних только базовых станций сотовых сетей. A-GPS - это GPS-навигатор, в котором часть функций для ускорения определения координат и снижения нагрузки на процессор портативного устройства возложена на специализированный сервер оператора сотовой сети. При этом некоторые A-GPS-приёмники не могут самостоятельно загружать данные об орбитах спутников и рассчитывать их передвижения. Для работы таких модулей обязательно подключение к мобильному интернету.

Главное достоинство технологии A-GPS - ускорение "холодного старта" GPS-приёмника, который в обычных условиях занимает до нескольких минут и сопровождается повышенным энергопотреблением. В случае с A-GPS необходимые данные (альманах, то есть данные об орбитах и доступности спутников, эфемериды, то есть прогноз движения спутников, и оценка доплеровского сдвига) передаются в аппарат по интернет-каналу с сервера оператора, что существенно экономит время и заряд батареи. Кроме того, возможна обработка полученных с абонентского GPS-приёмника данных и последующий расчёт координат, что может повышать точность позиционирования, особенно в местах с неуверенным приёмом (в тоннелях, низинах и т.п.)

При использовании A-GPS, как правило, оплачивается только интернет-трафик (менее 10 Кбайт за сеанс), но может тарифицироваться и сама услуга доступа к серверу. Некоторые портативные GPS-навигаторы также оснащаются функциональностью A-GPS, для доступа к которой в них нужно вставить активную SIM-карту. Без такой карточки они работают как обычные GPS-приёмники.

Основные потребители портативных GPS-навигаторов – это автомобилисты: компактный аппарат с успехом заменяет неудобные карты и многостраничные атласы, причём во многих случаях он позволяет проложить оптимальный маршрут, помогает голосовыми подсказками во время движения и даже предупреждает о пробках. Такие устройства также востребованы у велосипедистов, мотоциклистов и туристов. Пешеходы, особенно горожане, по понятным причинам предпочитают смартфоны со встроенным GPS-приёмником.

Абсолютный лидер на рынке микросхем для GPS-навигаторов - компания SiRF Technology. Значительно менее популярна продукция MediaTek и Trimble. В течение длительного времени подавляющее большинство бытовых GPS-приёмников были построены на базе чипсета SiRFstar III, и он до сих пор широко применяется в портативных навигаторах, смартфонах и коммуникаторах. Этот чип отличается высокой чувствительностью, но при этом длительным "холодным стартом" и относительно высоким энергопотреблением. Появившийся в середине 2009 года чипсет SiRFatlasIV получил повышенную в полтора раза чувствительность, одновременную поддержку GPS и европейской системы Galileo, при этом энергопотребление, по официальным данным, было снижено на 60%. Большинство ведущих производителей используют в своих новых GPS-приёмниках именно эту микросхему.

Современный GPS-навигатор оснащается сенсорным (как правило, резистивным) жидкокристаллическим экраном диагональю 3,5, 4,3 или 5 дюймов и больше и, во многих случаях, может одновременно служить мультимедийным плеером, воспроизводящим фильмы, музыку, цифровые фото, и даже простенькой игровой приставкой. Некоторые модели снабжены маломощными FM-передатчиками, позволяющими слушать голосовые подсказки через автомобильный радиоприёмник. Во все автонавигаторы, за очень редким исключением, встраиваются различные LBS-cервисы – в частности, для поиска ближайших заправочных станций, отелей и магазинов (Points of Interest – POI).

В устройствах со слотами для SIM-карты поддерживается функциональность A-GPS, а также возможен выход в интернет - к примеру, для получения данных о пробках через "Яндекс.Карты", для различных LBS-сервисов или просто для доступа к электронной почте. Нередко в навигаторах можно встретить беспроводной интерфейс Bluetooth для подключения к мобильному телефону или к автомобильной магнитоле. К слову, существуют и автомагнитолы со встроенными экранами и модулем GPS – в этом случае не нужно искать место для установки навигатора. Впрочем, нештатная "музыка" выглядит уместно далеко не во всяком автомобиле.

Координаты объекта становятся полезными только тогда, когда они соотнесены с картой местности - набор цифр вряд ли что-то скажет обычному пользователю. Поэтому для GPS-навигатора чрезвычайно важна не только аппаратная, но и программная составляющая. Электронная карта должна быть максимально подробной, регулярно обновляемой и, разумеется, легко считываемой с первого же взгляда. Многие карты поддерживают несколько режимов отображения, в частности, помимо обычного "плоского", практически всегда есть и "объёмный" 3D-режим.

К наиболее популярным отечественным картографическим пакетам относятся "Навител Навигатор" компании "Центр Навигационных Технологий", работающей в контакте с Роскартографией, "Дороги России" разработки Navicom, а также "Автоспутник" фирмы "Навигационные Системы" на основе карт Tele Atlas. В некоторых навигаторах используются карты Navteq (подразделение Nokia), а также картографическое ПО собственной разработки.

Познакомимся с некоторыми моделями портативных GPS-навигаторов, построенных на современной элементной базе и продающихся в российских магазинах.

На следующей странице:обзор пяти современных GPS-навигаторов.